UNIVERSITY OF GOTHENBURG Department of Earth Sciences Geovetarcentrum/Earth Science Centre En sedimentologisk analys av den Baltiska Issjöns tappningssediment vänster om Billingen, södra Sverige Eric Floberg ISSN 14-3821 B823 Bachelor of Science thesis Göteborg 214 Mailing address Address Telephone Telefax Geovetarcentrum Geovetarcentrum Geovetarcentrum 31-786 19 56 31-786 19 86 Göteborg University S 45 3 Göteborg Guldhedsgatan 5A S-45 3 Göteborg SWEDEN
Abstract The drainage of the Baltic Ice Lake that occurred at approximately 11 7 cal yr. BP deposited sediment in the area west of Mt Billingen, southern Sweden. The purpose of this study is to analyze the sedimentology of the drainage sediment, mainly by doing grain-size analysis of sediment throughout the drainage area, and come up with possible transportation and depositional mechanics. The results from the grain-size analysis showed generally decreasing grain-size mean and D9-values with increasing distance from the drainage point north of Mt Billingen. By interpreting these results, along with analyzing the water depth in the water basin west of Mt Billingen where the sediment were deposited, it has been suggested that it is likely that the sediment were transported and deposited by a concentrated or hyperconcentrated density flow, or a mix of the two along with a turbidity current in the distal parts of the drainage area where the finest grain-sizes can be expected. The results also showed that the sediment deposited at Timmersdala represents a different population of sediment than the sediment deposited on Klyftamon and further west. keywords: Baltic Ice Lake drainage; Mt Billingen; Klyftamon; Sweden; sedimentology; grainsize analysis; water depth; transportation mechanics; depositional processes; concentrated density flow; hyperconcentrated density flow; sedimentary deposits. ii
Sammanfattning Tappningen av den Baltiska Issjön som inträffade för ca 117 cal yr. BP avsatte sediment i området väster om berget Billingen, södra Sverige. Syftet med denna studie är att analysera sedimentologin av tappningssedimentet, främst genom att göra kornstorleksanalyser av sedimentprover tagna genom tappningsområdet, och föreslå potentiella transportmekaniker och avsättningsprocesser. Resultaten från kornstorleksanalyserna visade i allmänhet minskande medel- och D9- värden med ett ökat avstånd från tappningspunkten vid Billingens nordspets. Genom att tolka resultaten från kornstorleksanalyserna, tillsammans med att studera hur vattendjupet i vattenbassängen väster om Billingen där sedimenten avsattes varierar, har det föreslagits att det är sannolikt att sedimentet transporterats och avsatts av en koncentrerad eller hyperkoncentrerad bottenström, eller en mix av de båda tillsammans med en turbiditström i de mest distala delarna av tappningsområdet där de finaste kornstorlekarna kan förväntas. Resultaten visade också att sedimentet som avsatts i Timmersdala representerar en annan population av sediment än sedimentet som avsattes på Klyftamon och längre västerut i tappningsområdet. nyckelord: Baltiska Issjöns tappning; Billingen; Klyftamon; Sverige; sedimentologi; kornstorleksanalys; vattendjup; transportmekaniker; avsättningsprocesser; koncentrerad bottenström; hyperkoncentrated bottenström; sedimentära avsättningar. iii
Innehåll 1. Introduktion... - 1-1.1 Bakgrund... - 1-1.2 Områdesbeskrivning... - 3-1.3 Tidigare arbeten om den Baltiska Issjöns tappningssediment... - 4-2. Metoder... - 7-2.1 Fältarbete... - 7-2.2 Kornstorleksanalys... - 9-2.3 Kornstorleksstatistik... - 11-3. Resultat... - 12-3.1 Kumulativa kornstorlekskurvor... - 12-3.2 Förhållande mellan kornstorleksparametrar och avståndet till tappningspunkten... - 13-3.2.1 Distans vs D9... - 13-3.2.2 Distans vs medelvärde... - 14-3.2.3 Distans vs sortering... - 15-3.2.4 Distans vs skevhet... - 16-4. Diskussion... - 17 - Slutsatser... - 23 - Tack till... - 23 - Referenser... - 24 - Appendix... I iv
1. Introduktion Tappningen av den Baltiska Issjön har varit ett studerat ämne inom svensk kvartärgeologi i över 1 år och det har skrivits många arbeten som rör historian om dess utveckling samt sedimentologin av dess avtappningssediment genom åren. Den svenske geologen Henrik Munthe inledde arbetet som behandlar den Baltiska Issjöns historia i början av 19-talet då han gav insyn i sina tankar kring tappningen av den Baltiska Issjön (Munthe, 192). Simon Johansson (1926; 1937) och Gösta Lundqvist (1931) skrev arbeten om issjön under 2- och 3-talet där avsättningar kring Billingens nordspets tolkades som tappningssediment. Målet med detta arbete är att föreslå potentiella transportmekaniker och avsättningsprocesser som kan kopplas till tappningssedimentet. Detta skall göras genom att studera hur sedimenten varierar främst i kornstorlek, medel- och D9-värden beroende på avståndet till tappningspunkten vid Billingens nordspets samt genom att undersöka hur vattendjupet förändrades genom tappningsområdet då tappningen skedde. 1.1 Bakgrund Den Baltiska Issjön är en föregångare till Östersjön. Issjöns utloppspunkt låg initialt, under inlandsisens avsmältning, i Öresund mellan Danmark och södra Sverige. Allt eftersom Danmark och södra Sverige höjdes upp topografiskt som följd av den isostatiska upplyftningen stängdes utloppet i Öresund och den Baltiska Issjön började dämmas upp (Björck, 1995; 28). Enligt Björck (Björck & Digerfeldt, 1984; Björck 1995; 28) skedde det en mindre tappning av den Baltiska Issjön vid varmperioden Alleröds slut för omkring 13 cal yr. BP. Vattnet föreslås ha runnit ut från issjön under istäcket i närheten av Billingen (Björck, 1995; 28). Under kallperioden Yngre Dryas drog isen sedan fram igen vilket gav upphov till att den Baltiska Issjön för omkring 12 8 cal yr. BP kunde dämmas upp på nytt och det var först efter denna uppdämning som den slutgiltiga tappningen skedde. För ca 11 7 cal yr. BP skedde en kraftig sänkning av havsnivån i den Baltiska Issjön som anses vara den slutgiltiga tappningen (Björck, 1995; 28). Vattennivån sjönk med ca 25 meter från att ha befunnit sig på 15 m.ö.h till 125 m.ö.h. efter tappningen (Björck & Digerfeldt, 1984; Björck, 1995; Strömberg, 1992). Vid den slutgiltiga tappningen strömmade vattnet västerut mellan den dåvarande iskanten och berget Billingen (figur 1). - 1 -
Genom beräkningar baserade på digitala 3D-modeller av den Baltiska Issjön har man kommit fram till att det förmodligen handlade om vattenvolymer på närmare 78 km 3 som tömdes vid den senaste tappningen (Jakobsson et al., 27). Det råder däremot lite delade meningar om hur länge tappningen pågick. Johansson (1926), Björck (1995), Björck et al. (1996) och Jakobsson et al. (27) menar att tappningen pågick under ett tidsspann på mellan sju månader och två år medan Strömberg (1992) hävdar att tappningen var mer av en långsam process som skulle kunna ha pågått över flera årtionden. Elam (212) kom, genom modelleringar av tappningen, fram till att den pågick i 2 år. Den högsta avrinningen nåddes efter 5 månader och upp emot 75 % av tappningen skedde under det första året. Figur 1. Grunden till kartan är hämtad från Björck (1995). Kartan visar isens ungefärliga läge vid tiden för tappningen för 11 7 cal yr. BP. Den tidigare utrinningspunkten för den Baltiska Issjön låg vid Öresund mellan Sverige och Danmark. Avtappningen som sänkte vattennivån i den Baltiska Issjön med 25 meter skedde norr om Billingens. The map is taken from Björck (1995) and it shows the approximate position of the ice at 11 7 cal yr. BP. The earlier drainage point for the Baltic Ice Lake was located at the Öresund strait between Sweden and Denmark. The drainage that lowered the water level in the Baltic Ice Lake with 25 meters occurred north of Mt Billingen. - 2 -
1.2 Områdesbeskrivning Detta arbetets studieområde täcker en stor del av den Baltiska Issjöns avtappningsområde då sedimentprover och kornstorleksdata från tidigare års examensarbeten som behandlat tappningen har används (Bergström, 212; Pizarro Rajala, 212; Johansson & Isaksson Dreyer, 213; Isaksson Dreyer & Johansson, 213). Det undersökta området sträcker sig ungefär 3 km västerut från Billingens nordspets där tappningen skedde. Sedimentproverna som resultaten är baserade på är tagna längs en profil som sträcker sig sydväst från tappningspunkten (figur 2). Studieområdet är beläget centralt i Västergötland och är, generellt sett, topografiskt platt. Den platta topografin förklaras med att området till stora delar består av det s.k. subkambriska peneplanet som är en erosionsrest från tiden före kambrium (Calner & Ahlberg, 211). Bergen Kinnekulle och Billingen, som består av vittringsbelägna sandstenar, skiffrar och kalkstenar, är undantag i det i övrigt platta landskapet. Anledningen till detta är att de har ett lager med diabas av Permisk ålder överst som skyddar från erosion (Calner & Ahlberg, 211). Klyftamon är ett upphöjt naturreservat beläget väster om Billingen. Området är plant och sträcker sig ungefär 3-5 meter över det omkringliggande landskapet (Länsstyrelsen, 214). En förkastning i Klyftamons östra delar sträcker sig i syd-sydvästlig till nord-nordöstlig riktning och separerar Klyftamons kristallina bergarter av prekambrisk ålder med Billingens kambrosiluriska berggrund (Björck & Digerfeldt, 1986). Klyftamon är av stor betydelse för att förstå tappningen av den Baltiska Issjön. Under tappningen spolades stora delar av Klyftamon fria från sediment, en händelse som efterlämnade sig stora blockfält (Strömberg, 1992). Strax öster om Klyftamon ligger den topografiskt lägre dalen Långensänkan med sjön Lången belägen centralt. Det har det flertalet gånger föreslagits att dalen var ockuperad av dödis vid tiden för tappningen (Johansson, 1926; Björck & Digerfeldt, 1984, 1986; Johnson et al., 213). Centralt i den södra delen av studieområdet ligger den Mellansvenska israndzonenen som bildades under Yngre Dryas kallperiod. Isen gjorde en framryckning mitt i avsmältningsprocessen som ledde till att en rad ändmoräner bildades mellan Skara och Götene (Johansson, 1937; Björck & Digerfeldt, 1984; Johnson et al., 213a). Resultatet blev - 3 -
sex stycken större randmoräner som är lokaliserade i de södra, centrala delarna av studieområdet. En viktig del i att förstå hur deponeringen av sediment gick till i samband med tappningen är att förstå i vilken utsträckning vattendjupet påverkade avsättningsprocessen. Vattennivån i tappningsområdet var omkring 125 m. ö. h. vid tiden för tappningen. Vattendjupet över höjdområdet Klyftamon, vars topografi på sina ställen sträcker sig över 125 m. ö. h. (Björck & Digerfeldt, 1984), var alltså inte speciellt stort. Ett ökat avstånd till Billingen innebar ett flackare landskap med lägre topografi. Detta betyder att vattendjupet i bassängen väster om Billingen, där tappningssedimentet avsattes, generellt sett ökar med avståndet till Billingen från att först vara grunt över Klyftamon till att till slut bli djuphav längst ut i väst. Stratigrafiskt sett domineras området av massiva leravlagringar. Tappningssedimentet väster om Klyftamon är beläget mellan två lerlager ett lager med varvig lera som avsatts innan tappningen och ett lager med varvig lera som avsatts efter tappningen (Johnson et al., 21a; Johnson et al., 21b; Johnson et al., 213b). De två lerenheterna som under- och överlagrar tappningssedimentet skiljer sig både kemiskt och fysiskt från varandra och skillnaderna speglas av avståndet till isen (Johnson et al., 213b). 1.3 Tidigare arbeten om den Baltiska Issjöns tappningssediment Bergström (212) gjorde en sedimentologisk undersökning av ett grustag på Klyftamon vars resultat delvis presenterades i form av kumulativa kornstorlekskurvor. Bergström använde, utöver traditionell siktning av sediment, en fototeknik kombinerad med GIS för att mäta kornstorleken av det grövsta sedimentet i grustaget. Tre väggar i grustaget Stora Mon på Klyftamon undersöktes och resultaten från samtliga väggar var väldigt lika varandra. I mitt arbete togs ett medelvärde av väggarnas kumulativa kurvor för att göra en gemensam kumulativ kurva som representerar hela grustaget. Därefter räknades kornstorlekens medelvärde, sortering, skevhet och D9-värde fram. Resultaten av Bergström (212) visar en tydlig imbrikation hos sedimenten på Klyftamon som tyder på en öst-västlig flödesriktning hos vattnet. Pizarro Rajala (212) gjorde en sedimentologisk undersökning av Timmersdalaryggen som bland annat bestod av en kornstorleksanalys. Sedimentet i Timmersdala består - 4 -
huvudsakligen av material eroderat från Billingens sedimentära bergarter. I Timmersdalaryggens sediment fanns det block som var för stora för att ha med i en siktanalys i labbet. Pizarro Rajala redovisade detta genom att visa de största kornstorlekarna, som observerades i fält, i sitt kumulativa diagram som staplar som inte påverkade de kumulativa kurvornas utseende. Genom att estimera en kumulativ kurva som inkluderar de största kornstorlekarna kunde Timmersdalaryggens sediments sortering, medelvärde, skevhet och D9-värde räknas ut och användas i mitt arbete. Isaksson Dreyer & Johansson (213) och Johansson & Isaksson Dreyer (213) gjorde geomorfologiska och sedimentologiska undersökningar på den Baltiska Issjöns tappningssediment där bland annat D9-värden bestämdes för sex platser på Klyftamon. Resultaten från de D9-beräkningarna har använts i mitt arbete. - 5 -
Figur 2 Översiktskartorna A och B är hämtade från Google Maps. Karta C är producerad av SLU:s kartgenerator och visar studieområdet där de svarta stjärnorna markerar provtagningsplatserna. Koordinater för samtliga provtagningsplatser finns att avläsa i appendix C och är redovisade enligt koordinatsystemet SWEREF99. Profilen A-B sträcker sig genom avtappningsområdet och används senare i arbetets resultatdel. The maps A and B are taken from Google Maps. Map C is produced with the SLU map generator and shows the study area where all sample-taking spots are marked with a black star. Coordinates for every sample station can be read in appendix C and are presented according to the coordinate system SWEREF99. The profile A-B stretches throughout the drainage area and is used later in the result section of this work. - 6 -
2. Metoder 2.1 Fältarbete En 13 meter lång sedimentborrkärna togs upp vid Pukaregården (VG-7-14 i figur 2) för att undersöka stratigrafin i marken samt för att se om det fanns något tappningssediment på platsen. Pukaregården lämpade sig bra då det enligt SGU:s jordartskarta var långt till både morän och bergshällar samtidigt som det var lera på ytan. Lera på ytan var i detta fall lovande för att ge en tjock lersekvens med potentiellt tappningssediment i. Vid borrningen stöttes ett sandlager (VG-7-14) på,7 meter ner i marken som det gjordes kornstorleksanalys på. Innan själva sedimentkärnan kunde börja samlas in var det nödvändigt att skruva igenom den översta biten av marken som bestod av torrskorpelera som är för hård för att bara trycka igenom. Borrningen gjordes med en Auger-borr och insamlingen av sedimentkärnan gjordes med en Shelby Tube Sampler. Kärnan togs upp i sektioner om 7 cm som loggades enkelt i fält. Resultaten av den stratigrafiska studien finns redovisade av Åkesson (214). Viktigt att notera är att sandprovet (VG-7-14) som erhölls för kornstorleksanalys låg ovanpå den lersekvens som avsattes innan tappningen men det saknas bevis för att det ligger posttappningslera ovanpå. Figur 3 Insamling av sedimentborrkärnan vid Pukaregården (VG-7-14). The Auger drill and Shelby Tube Sampler in action at Pukaregården (VG-7-14). Foto: Eric Floberg (214) - 7 -
Utöver insamlingen av sedimentkärnan spenderades en dag i fält åt att leta efter naturliga skärningar kring de två meandrande floderna Mariedalsån och Öredalsån som skulle kunna innehålla tappningssediment. Inga nya skärningar hittades så det bestämdes att arbetet skulle utföras genom att koncentrera sig på redan tagna prover. De gamla sedimentprover som det bestämdes att detta arbete skulle fokusera på har samlats in i området kring Götene och är tolkade som tappnignssediment eftersom de har hittats mellan de två lersekvenserna som representerar tiden före- respektive efter tappningen. - 8 -
2.2 Kornstorleksanalys Alla prover som skulle kornstorlekbestämmas torkades i värmeugn i 15 C över natten innan ungefär 2 g av varje prov (med undantag för prov VG-7-14 som togs från Auger-borren och endast vägde drygt 2g) delades fram för att sedan torrsiktas. Mängden material av storleken -4 Φ eller större ansågs vara tillräckligt liten för att proverstorlekar på 2g skulle ge resultat som var statistiskt presentabla. Två av de tio gamla proverna (VG-88-7 och VG- 11-8), tillsammans med provet från Auger-borren (VG-7-14), innehöll nämnvärt mer lera än de övriga proverna och tillvägagångssättet för kornstorleksanalysen av dessa prover skiljde sig något från resterande prover. När proverna hade torkats torrsiktades samtliga prov förutom VG-88-7, VG-11-8 och VG-7-14 i en skakapparat genom en siktserie med hela phi-intervall. Vikten av varje fraktion antecknades för varje prov. De två leriga sedimentproverna (VG-88-7 och VG-11-8) klumpade ihop sig under torkningen vilket innebar att en torrsiktning av dessa prover skulle ge ett felaktigt resultat. Lerkornen som klumpat ihop sig skulle efter en torrsiktning ha hamnat i siktar med större maskstorlek än den som representerar lera. Därför blandades VG-88-7 och VG-11-8 med 125 ml dispergeringsmedel och ungefär lika mycket vatten innan de vändes i en vändapparat i 15 min. När leran var upplöst tvättades båda proverna genom 4 Φ-sikter (med Φ-sikter ovanpå för att skydda 4 Φ-sikterna) för att få bort allt material finare än finsand. Sandfraktionerna torkades sedan över natten och vägdes på nytt. Genom att använda vikterna innan respektive efter tvättningen kunde man räkna ut hur mycket finmaterial (<4 Φ) som proverna bestod av. Provet som togs från Auger-borren vid Pukaregården (VG-7-14) tvättsiktades genom en siktserie med hela phi-intervall. Eftersom provet var så litet och innehöll mestadels fraktioner under 1 Φ kändes det överflödigt att torrsikta provet i en skakapparat. Materialet som passerade 4Φ-sikten (allt material finare än väldigt fin sand) är redovisade som en enskild fraktion (<4Φ). Anledningen till detta är att majoriteten av proverna knappt innehöll så pass fina fraktioner alls samt att tappningssedimentet inte antas vara av så små kornstorlekar i det undersökta området. För att arbetet skulle omfatta hela avtappningsområdet krävdes ytterligare kornstorleksdata utöver resultaten från de elva prover som det gjordes kornstorleksanalys på. Bergström (212) och Rajala (212) gjorde sedimentologiska undersökningar på - 9 -
Klyftamon respektive Timmersdalaryggen under våren 212. Genom att använda deras resultat tillsammans med de proverna som är insamlade kring Götene och från sedimentborrkärnan har detta arbete tillräckligt med underlag för att representera hela avtappningsområdet. - 1 -
2.3 Kornstorleksstatistik Provernas D9-värden har lästs av från respektive provs kumulativa kornstorlekskurva. Övrig kornstorleksstatistik (medelvärde, skevhet och sortering) för de prover som det gjorts kornstorleksanalys på räknades ut med hjälp av Gradistat. Gradistat är en gratis programvara som öppnas i Microsoft Office Excel. Genom att fylla i provers kornstorleksdistributioner i vikt eller procent räknar programmet ut kornstorleksstatistik som sedan redovisas enligt olika modeller. Detta arbete har använt resultat redovisade enligt Folk & Ward-metoden i phi-skala. För att undersöka hur olika kornstorleksparametrar varierar beroende på avståndet till Billingens nordspets, som var utloppspunkten för den Baltiska Issjön, mättes en profil upp som sträcker sig genom avtappningsområdet. Från A till B är det 3 km. Från varje provtagningsplats drogs en linje vinkelrät mot profilen. Avståndet till provtagningsplatserna mättes därefter från A till respektive position på profilen där en provtagningsplats vinkelräta linje träffar profilen. Genom att plotta kornstorleksstatistiken mot avståndet till Billingens nordspets och sedan göra en trendlinje som visar R 2 -värdet (som indikerar hur bra ett set med datapunkter passar en statistisk modell) kan man tolka huruvida det finns en trend eller inte. R 2 -värdet visas som en siffra mellan noll och ett där noll innebär en avsaknad av trend och ett innebär att det finns en tydlig trend. En del diagram i resultatdelen visar två olika trendlinjer för kornstorleksstatistiken. Anledningen till detta är att R 2 -värdet får två väldigt olika resultat beroende på om Timmersdalaryggen är inräknad eller inte. Eftersom den kumulativa kurva som kornstorleksstatistiken från Timmersdalaryggen är baserad på är estimerad är den inte helt korrekt därför bestämdes det att titta på trendlinjen utan Timmersdala inräknad. Detta arbete har till viss del använt resultat från tidigare kornstorleksanalyser som gjorts på tappningssediment i området. Resultat i form av kumulativa kornstorlekskurvor från Bergström (212) och Pizarro Rajala (212) har använts för att räkna fram medelvärde, skevhet, sortering och D9-värde för sediment på Klyftamon respektive Timmersdalaryggen. - 11 -
3. Resultat Resultaten av kornstorleksanalyserna finns att avläsa som individuella diagram för respektive sedimentprov som undersökts i Appendix A. Kornstorleksdata samt uträknade kornstorleksparametrar för samtliga prover finns att avläsa i Appendix B. 3.1 Kumulativa kornstorlekskurvor Proverna visar en stor variation i kornstorlek (figur 4). Man ser tydligt att VG-88-7, VG-11-8 och VG-7-14 innehåller en mycket större mängd finmaterial än de övriga proverna. Samtidigt ser man att tapppningssedimetnet på Klyftamon och i Timmersdalaryggen innehåller både större kornstorlekar och i en större mängd än övriga prover. Provernas medelvärden ligger, generellt sett, på mellan 2 till -2 phi. Majoriteten av proverna är dåligt sorterade. Pukaregården Timmersdala Klyftamon Figur 4 Sammanställda kumulativa kornstorlekskurvor för de undersökta platserna. Proverna visar en stor variation i kornstorlek. Kornstorleken redovisas i phi-skala. Compiled cumulative grain-size curves for the investigated sites. The samples show a great variation in grain-sizes. Grain-sizeare displayed in phi-scale. - 12 -
3.2 Förhållande mellan kornstorleksparametrar och avståndet till tappningspunkten Figurerna 5-8 visar sedimentens D9-värden, medelvärden, sortering och skevhet. Avståndet från Billingens nordspets visas som profil A-B i figur 2. Figurerna 5 och 6 visar två olika trendlinjer: en som inkluderar kornstorleksstatistik från Timmersdalaryggen och en som inte gör det. Sedimentens sortering och skevhet visar inga starka trender varför det har avgjorts att fokus i diskussionen ska läggas på D9- och medelvärden. 3.2.1 Distans vs D9 Figur 5 visar förhållandet mellan D9-värdena och avståndet till tappningspunkten. D9- värdena ökar med avståndet från Billingens nordspets. Notera att ökande värden på phiskalan innebär minskande kornstorlekar. De två R 2 -värdena, både med (,698) och utan (,8195) Timmersdala inräknad, visar att det finns en tydligt avtagande trend i D9-värden med ökat avstånd från tappningspunkten. Figur 5 Förhållandet mellan D9 och avståndet från tappningspunkten. Man kan se en tydlig trend (R 2 =,8195 eller R 2 =,698) som visar att D9-värdena ökar (notera att högre phi-värden innebär en finare kornstorlek) med ett ökat avstånd till Billingens nordspets. The relationship between D9 and the distance from the drainage point. A clear trend (R 2 =,8195 or R 2 =,698) is visible showing increasing D9-values (note that a higher phi-value means a finer grain size) with increasing distance to Billingens northern tip. - 13 -
3.2.2 Distans vs medelvärde Figur 6 visar förhållandet mellan provernas kornstorleksmedelvärden och avståndet till tappningspunkten. Kornstorlekarnas medelvärden minskar med avståndet från Billingens nordspets. Båda R 2 -värdena (för Timmersdala inkluderad respektive exkluderad) tyder på att datapunkterna följder en avtagande trend. Figur 6 Förhållandet mellan kornstorlekarnas medelvärden och avståndet från tappningspunkten. Trenden (R 2 =,6133 eller R 2 =,4888) visar att kornstorlekarnas medelvärden minskar med avståndet till Billingens nordspets. The relationship between the grain sizes mean values and the distance from the drainage point. The trend (R 2 =,6133 or R 2 =,4888) shows that the mean grain sizes decreases with an increasing distance to Billingens northern tip. - 14 -
3.2.3 Distans vs sortering Ett provs sortering är ett mått på kornstorleksdistributionens utspridning. Figur 7 visar provernas sortering beroende på avståndet till tappningspunkten. R 2 -värdet (,3465) indikerar en svagt avtagande trend som visar ökad sortering med ökat avstånd från Billingens nordspets. Figur 7 Förhållandet mellan sorteringen och avståndet från tappningspunkten. En svagt avtagande trend (R 2 =,4217) visar att sorteringen minskar med avståndet från Billingen. The relationship between the sorting and the distance from the drainage point. A weak trend (R 2 =,4217) showing decreasing sorting with increasing distance from Billingens northern tip is visible. - 15 -
3.2.4 Distans vs skevhet Skevheten hos ett prov är ett mått på hur tydlig symmetri kornstorleksdistributionen har. Figur 8 visar förhållandet mellan skevheten och avståndet till tappningspunkten. R 2 -värdet (,385) visar en svagt avtagande trend som visar att skevheten ökar med avståndet till Billingens nordspets. Figur 8 Förhållandet mellan skevheten och avståndet från tappningspunkten. En svagt avtagande trend (R 2 =,385) visar att skevheten ökar med avståndet till Billingens nordspets. The relationship between the skewness and the distance from the drainage point. A weak trend (R 2 =,385) is visible showing an increasing skewness with increasing distance from Billingens northern tip. - 16 -
4. Diskussion Sandlagret vid Pukaregården (VG-7-14) är det enda sandlagret i borrkärnan som skulle kunna representera tappningssediment trots att bevisen för detta är vaga. Leran under sandlagret är bekräftad som pre-tappningslera av Åkesson (214). För att bekräfta att sandlagret är tappningssediment krävs det att post-tappningslera återfinns ovanpå sandlagret. Det finns visserligen lera ovanpå sandlagret men på grund av den omfattande oxideringen av den leran är det näst intill omöjligt att avgöra om den är avsatt innan eller efter tappningen. Det är dock inte möjligt att utesluta att tappningssediment i form av huvudsakligen mellansand har nått så långt som 3 kilometer västerut från Billingen. Ytterligare en svaghet med detta arbete är att datapunkterna i figurerna 5-8 egentligen är för få för att basera trendlinjer på. Eftersom majoriteten av punkterna är lokaliserade omkring 17 km från Billingens nordspets har de en väldigt stor inverkan på trendlinjens utseende. Trots detta har de nämnda diagrammen använts för tolkning av transportmekaniker och avsättningsprocesser. Sedimentens medel- och D9-värden verkar båda två följa tydliga trender som visar minskande kornstorlekar med ett ökat avstånd från tappningspunkten. Detta kan delvis förklaras genom att vattnet har förlorat energi och därmed succesivt tappat sin förmåga att transportera grövre material längre västerut i området. En viktig parameter som påverkade vattnets kompetens och kapacitet är givetvis vattendjupet i bassängen väster om den Baltiska Issjön där tappningssedimentet avsattes. Isaksson Dreyer & Johansson (213) framställde en topografisk karta med tillhörande profiler som visar topografin av marken i vattnets flödesriktning vid tappningen (figur 9 & 1). - 17 -
Figur 9 Från Isaksson Dreyer & Johansson (213). Topografisk karta över Klyftamon och Billingens nordspets. Profilernas topografi återfinns i figur 1. From Isaksson Dreyer & Isaksson (213). Topographic map of Klyftamon and the northern tip of Mt Billingen. The topography of the profiles can be found in figur 1. - 18 -
Figur 1 Från Isaksson Dreyer & Johansson (213). Topografin av profilerna från figur 9. Notera vattennivån på 125 m.m. markerat som en horisontell blå linje. From Isaksson Dreyer & Johansson (213). The topography of the profiles from figur 9. Note the water level at 125 m.a.s.l. marked with a horizontal blue line. Vid tappningen var vattendjupet över Klyftamon så grunt att delar av området stack upp ovanför vattenytan (figur 1). Men över Klyftamons södra del, där vattnet vid tappningen rann, var vattendjupet 1-15 meter (profil D-D, figur 1). Att döma av vattendjupet och de renspolade, exponerade berghällarna på Klyftamon (Bergström, 212; Länsstyrelsen, 214) bör vattnet ha uppfört sig som en kraftfull, eroderande flod när det passerade över Klyftamon. Elam (212) modellerade att vattenflödet vid tappningen var 3 x 1 5 m 3 /s som störst. Bredden av tråget där vattnet rann över Klyftamon (profil B-B, figur 1) var omkring 3 km och om medelvärdet för djupet 1-15 meter används betyder det att hastigheten på vattnet vid tappningen var 7-1 m/s. Johansson & Isaksson Dreyer (213) estimerade - 19 -
flodhastigheten, baserat på kornstorlekar, att vara mellan 7-14 m/s vilket överensstämmer med det värde som erhölls ur Elams modellering (212). Dessa värden indikerar att vattnet över Klyftamon strömmade västerut som en kraftig flod. Det material som spolats bort från Klyftamon av den flodliknande strömmen transporterades vidare av vattnet och när vattenmassorna passerat Klyftamon och stötte på ett ökat vattendjup minskade energin i vattnet drastiskt och sediment avsattes med succesivt minskande kornstorlekar västerut. En förklaring till varför Timmersdalaryggens kornstorlekar är finare än Klyftamons, när sedimentet i Timmersdalaryggen borde ha visat de största D9- och medelvärdena eftersom vattnet bör ha haft en enorm energi precis vid tappningspunkten och därmed transporterat bort det mesta av finmaterialet, är att sedimentet i Timmersdalaryggen är av en annan provenans än resten av tappningsområdets sediment. Sedimentet i Timmersdalaryggen antas härstamma från Billingen (Pizarro Rajala, 212) medan tappningssedimentet på Klyftamon och i de västra, distala delarna av tappningsområdet antas bestå av eroderad morän från Klyftamon. Vattendjupet varierade mycket genom tappningsområdet vilket innebär att det måste det ha skett flera olika avsättningsprocesser beroende på var i området sedimentet har avsatts. De undersökta sedimenten saknar i huvudsak lera vilket skulle utesluta att kohesiva flöden har verkat i tappningsområdet. På Klyftamon, där vattnet hade en hög energi, kan man nästan med säkerhet utesluta att det handlade om sediment som i huvudsak sedimenterade genom vattenpelaren. Det bör istället ha handlat om någon slags traktionsström. Tappningssedimentet liknar strukturmässigt, eftersom det saknar s.k. graded bedding, avsättningar som deponerats av hyperkoncentrerade bottenströmmar (figur 11). Koncentrerade densitetströmmar går heller inte att utesluta då avsättningarna inte alltid resulterar i Lowe- och Boumasekvenser (Mulder & Alexander, 21). En tanke är att transporten av tappningssedimentet initialt har skett genom en hyperkoncentrerad bottenström då vattnet fortfarande haft enormt mycket energi. När vattnet nått de större vattendjupen längre västerut och tappat en del av sin energi har sediment avsatts på ett annat sätt än på Klyftamon. Möjligtvis har transporten övergått till en koncentrerad bottenström som till slut övergått till en turbiditström i de allra mest distala delarna av tappningsområdet där fraktioner av finsand och silt avsatts. - 2 -
Figur 11 Sedimentologisk beskrivning av olika avsättningsprocesser från Mulder & Alexander (21). A sedimentologic description of different depositional mechanics from Mulder & Alexander (21). - 21 -
Ytterligare en faktor som är värd att nämna är att vattnet som rann ut från den Baltiska Issjön bör ha varit mycket sötare än det vattnet som befann sig i bassängen utanför issjön. Sötvatten är lättare än saltvatten vilket talar för att vattnet vid tappningen flödade ut ovanpå vattnet utanför issjön. Baserat på de tidigare arbetena som behandlar karaktären på tappningen och dess avsättningar tolkar jag dock att mängden sediment som eroderades och transporterades vid tappningen bör ha höjt sötvattnets densitet och gjort att det flödat längs med botten i en densitetsdriven bottenström. - 22 -
Slutsatser Tappningssedimentets kornstorlekar minskar västerut i tappningsområdet, något som är starkt kopplat till vattnets avtagande kompetens och kapacitet samt det ökande vattendjupet västerut. Baserat på resultaten i detta arbete har det föreslagits att transporten av sediment skett i en gravitationsdriven bottenström. Förmodligen har avsättningsprocesserna varierat genom tappningsområdet i samband med att vattnets egenskaper har förändrats. Tack till Ett stort tack till min handledare Mark D. Johnson som var den som föreslog detta projekt och som har varit oerhört hjälpsam under arbetets gång; till min klasskamrat Christoffer Åkesson som har hjälp mig i labbet och som har gett mig många värdefulla kommentarer i samband med rapportskrivningen; till Sven Andersson och Geogruppen AB för borrningen av sedimentkärnan som finansierades av Sveriges Geologiska Undersökning. - 23 -
Referenser Bergström, A. (212). A sediment and photo-analysis of drainage deposits from Klyftamon, Sweden (Kandidatarbete). Göteborg: Institutionen för geovetenskaper, Göteborgs Universitet, B691. Björck, S. (1995). A review of the history of the Baltic Sea, 13.-8. ka BP. Quaternary International, 27, 19-4. Björck, S. (28). The late Quaternary development of the Baltic Sea. Assessment of climate change for the Baltic Sea Basin, 398-47. Björck, S., & Digerfeldt, G. (1984). Climatic changes at Pleistocene/Holocene boundary in the Middle Swedish endmoraine zone, mainly inferred from stratigraphic indications. In N. A. Mörner & W. Karlén (Eds.), Climatic changes on a yearly to millennial basis (37-56). Dordrecht, Netherlands: D. Reidel Publishing Company. Björck, S., & Digerfeldt, G. (1986). Late Weichselian Early Holocene shore displacement west of Mt. Billingen, within the Middle Swedish end moraine zone. Boreas, 15(1), 1-18. Björck, S., & Digerfeldt, G. (1991). Allerød Younger Dryas sea level changes in southwestern Sweden and their relation to the Baltic Ice Lake development. Boreas, 2(2), 115-133. Björck, S., Kromer, B., Johnsen, S., Bennike, O., Hammarlund, D., Lemdahl, G., Possnert, G., Rasmussen, T. L., Wohlfarth, B., Hammer, C. U., & Spurk, M. (1996). Synchronized terrestrial atmospheric deglacial records around the North Atlantic. Science, 274, 1155-116. Calner, M. & Ahlberg, P. (211). Guide till de västgötska platåbergens geologi. Geologiskt forum, 7, 17-28. Elam, J. (212). A preliminary model study of the drainage of the Baltic Ice Lake (Kandidatuppsats). Göteborg: Institutionen för geovetenskaper, Göteborgs Universitet, B678. Google Maps. (214). [Översiktskartor som visar satelitbilder av (1) södra Sverige med omnejd och (2) Vänern och Vättern samt studieområdet]. Hämtade från https://maps.google.se/ Isaksson Dreyer, O. & Johansson, C. (213). Geomorphology of the Baltic Ice Lake drainage deposits on Klyftamon, south-central Sweden (Kandidatuppsats). Göteborg: Institutionen för geovetenskaper, Göteborgs Universitet, B752. - 24 -
Jakobsson, M., Björck, S., Alm, G., Andrén, T., Lindeberg, G., & Svensson, N.-O. (27). Reconstructing the Younger Dryas ice dammed lake in the Baltic Basin: Bathymetry, area and volume. Global and Planetära Change, 57. 355-37. Johansson, S. (1926). Baltiska issjöns tappning. Geologiska Föreningen i Stockholm Förhandlingar, 48(2), 186-263. Johansson, S. (1937). Senglaciala och interglaciala avlagringar vid ändmoränstråket i Västergötland. Geologiska Föreningens i Stockholm Förhandlingar, 59, 379 454. Johansson, C. & Isaksson Dreyer, O. (213). Sedimentology and provenance of Baltic Ice Lake drainage deposits on Klyftamon, south-central Sweden (Kandidatuppsats). Göteborg: Institutionen för geovetenskaper, Göteborgs Universitet, B758. Johnson, M. D., Ståhl, Y. (21a). Stratigraphy, sedimentology, age and paleoenvironment of marine varved clay in the Middle Swedish end-moraine zone. Boreas, 39(2), 199-199. Johnson, M. D., Ståhl, Y., Larsson, O., & Seger, S. (21b). New exposures of Baltic Ice Lake drainage sediments, Götene, Sweden. GFF, 132(1), 1-12. Johnson, M. D., Benediktsson, Í, Ö, & Björklund, L. (213a). The Ledsjö end moraine a subaquatic push moraine composed of glaciomarine clay in central Sweden. Glaciotectonics, 124(5), 738-752. Johnson, M. D., Kylander, M., Casserstedt, L., Wiborgh, H., & Björck, S. (213b). Varved glaciomarine clay in central Sweden before and after the Baltic Ice Lake drainage: a further clue to the drainage events at Mt Billingen. GFF, 135(3-4), 293-37. Lantmäteriets kartgenerator. (214). [Detaljerad översiktskarta över studieområdet]. Hämtad från https://maps.slu.se/get/ Lundqvist, G. (1931). Jordlagren. Beskrivning till geologiska kartbladet Lugnås, Sveriges Geologiska Undersökning, Aa, 172, 185. Länsstyrelsen i Västra Götalands län (214). Klyftamon. Hämtad 214/5/29 från http://www.lansstyrelsen.se/vastragotaland Mulder, T. & Alexander, J. (21). The physical character of subaqueous sedimentary density flows and their deposits. Sedimentology 24(2), 269-299. Munthe, H. (192). Beskrifning till kartbladet Kalmar. Sveriges Geologiska Undersökning, AC 6, 117 p. - 25 -
Pizarro Rajala, E. (212). En sedimentologisk analys av Timmerdalaryggen i Västergötland, Sverige (Kandidatuppsats). Göteborg: Institutionen för geovetenskaper, Göteborgs Universitet, B76. Strömberg, B. (1992). The final stage of the Baltic Ice Lake. Sveriges Geologiska Undersökning, Ca 81, 347-353. Åkesson, C. (214). Stratigrafisk och sedimentologisk beskrivning av marin lera i Götene kommun och eventuella samband till tappningen av den Baltiska Issjön (Kandidatuppsats). Göteborg: Institutionen för B825. geovetenskaper, Göteborgs Universitet, - 26 -
Individuell vikt [%] Kumulativ vikt [%] Appendix Appendix A Appendix A innehåller diagram som visar resultaten av kornstorleksanalyserna för samtliga undersökta prov. Samtliga diagram innehåller både individuella och kumulativa vikter fördelat på diagramens två y-axlar. VG-25-7 25 2 15 1 5 VG-25-7 <4 Φ 4 Φ 3 Φ 2 Φ 1 Φ Φ -1 Φ -2 Φ -3 Φ -4 Φ Kornstorlek [Φ] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 I
Individuell vikt [%] Kumulativ vikt [%] Individuell vikt [%] Kumulativ vikt [%] VG-31-7 7 6 5 4 3 2 1 VG-31-7 <4 Φ 4 Φ 3 Φ 2 Φ 1 Φ Φ -1 Φ -2 Φ -3 Φ -4 Φ Kornstorlek [Φ] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 VG-32-7 25 2 15 1 5 VG-32-7 <4 Φ 4 Φ 3 Φ 2 Φ 1 Φ Φ -1 Φ -2 Φ -3 Φ -4 Φ Kornstorlek [Φ] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 II
Individuell vikt [%] Kumulativ vikt [%] Individuell vikt [%] Kumulativ vikt [%] VG-83-7 VG-83-7 35 3 25 2 15 1 5 <4 Φ 4 Φ 3 Φ 2 Φ 1 Φ Φ -1 Φ -2 Φ -3 Φ -4 Φ Kornstorlek [Φ] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 VG-84-7 3 25 2 15 1 5 VG-84-7 <4 Φ 4 Φ 3 Φ 2 Φ 1 Φ Φ -1 Φ -2 Φ -3 Φ -4 Φ Kornstorlek [Φ] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 III
Individuell vikt [%] Kumulativ vikt [%] Individuell vikt [%] Kumulativ vikt [%] VG-88-7 35 3 25 2 15 1 5 VG-88-7 <4 Φ 4 Φ 3 Φ 2 Φ 1 Φ Φ -1 Φ -2 Φ -3 Φ -4 Φ Kornstorlek [Φ] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 VG-1-8 3 25 2 15 1 5 VG-1-8 <4 Φ 4 Φ 3 Φ 2 Φ 1 Φ Φ -1 Φ -2 Φ -3 Φ -4 Φ Kornstorlek [Φ] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 IV
Individuell vikt [%] Kumulativ vikt [%] Individuell vikt [%] Kumulativ vikt [%] VG-2-8 25 2 15 1 5 VG-2-8 <4 Φ 4 Φ 3 Φ 2 Φ 1 Φ Φ -1 Φ -2 Φ -3 Φ -4 Φ Kornstorlek [Φ] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 VG-3-8 35 3 25 2 15 1 5 VG-3-8 <4 Φ 4 Φ 3 Φ 2 Φ 1 Φ Φ -1 Φ -2 Φ -3 Φ -4 Φ Kornstorlek [Φ] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 V
Individuell vikt [%] Kumulativ vikt [%] Individuell vikt [%] Kumulativ vikt [%] VG-11-8 35 3 25 2 15 1 5 VG-11-8 <4 Φ 4 Φ 3 Φ 2 Φ 1 Φ Φ -1 Φ -2 Φ -3 Φ -4 Φ Kornstorlek [Φ] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 VG-7-14 7 6 5 4 3 2 1 VG-7-14 <4 Φ 4 Φ 3 Φ 2 Φ 1 Φ Φ -1 Φ -2 Φ -3 Φ -4 Φ Kornstorlek [Φ] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 VI
Appendix B Kornstorleksdata samt uträknade kornstorleksparametrar för samtliga prover. Prov VG-25-7 VG-31-7 VG-32-7 VG-83-7 VG-84-7 VG-88-7 VG-1-8 VG-2-8 VG-3-8 VG-11-8 VG-7-14 Klyft. Timmers. Provvikt [g] 229,19 212,98 19,57 196,71 219,93 195,52 27,95 25,96 247,55 211,4 22,6 N/A N/A 4 Φ [g] 24,57 17,13 8,13 52,38 76,85 16,16 N/A N/A 3 Φ [g] 47,47 5,99 5,42 14,7 13,15 7,18 47,41 48,69 16,52 N/A N/A 2 Φ [g] 25,5 6,9 24,14 21,63 17,8 7,67 37,75 39,23 43,81 16,42 N/A N/A 1 Φ [g] 36,12 11,31 38,82 45,52 44,4 57,77 52,53 31,34 25,71 2,6 N/A N/A Φ [g] 49,86 39,11 26,82 62,65 59,65 64,85 42,12 45,28 19,8 28,68 N/A N/A 1 Φ [g] 31,44 133,27 17,36 36,72 61,12 29,96 48,47 27,21 8,7 29,5 N/A N/A 2 Φ [g] 6,66 11,68 39,83 5,56 19,2 9,33 15,39 5,48 14,3 9,19 1,1 N/A N/A 3 Φ [g] 3,55 2,42 17,9 1,3 3,2 4,22 2,62 1,39 6,12 6,64 13,62 N/A N/A 4 Φ [g] 1,89 1,46 2,58,48 1,13 3,25 1,17,62 2,39 4,98 4,28 N/A N/A <4 Φ [g] 1,52 1,27,94,49,91 18,24,56,53 1,27 62,63 3,27 N/A N/A D9 [Φ] -3,1,2-2,6-2,1-1,5 -,3-1,6-3,5-3,7-2,7 3,1-9,1-6,65 Medel [Φ] -1,331,414 -,255 -,675 -,24,56 -,567-2,111-2,476 1,332 3,13-4,981-2,883 Sortering [Φ] 1,895,91 2,116 1,44 1,332 1,856 1,396 1,816 1,972 3,813,976 3,134 3,539 Skevhet -,33 -,53 -,35 -,316 -,112,484 -,57,14,48,212,697 -,125 -,45 VII
Prov VG-25-7 VG-31-7 VG-32-7 VG-83-7 VG-84-7 VG-88-7 VG-1-8 VG-2-8 VG-3-8 VG-11-8 VG-7-14 Klyft. Timmers. Koordinater 648866 6486282 6486282 6488915 6488915 648898 6487528 6487528 6487528 6487745 6485698 6485698 6488736 (SWEREF99) 4113677 412989 412989 413312 413312 413194 413312 413312 413312 41342 418191 418191 427993 Appendix C Koordinater för samtliga provtagningsplatser enligt koordinatsystemet SWEREF99. VIII